表色系とは・・・

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混色系と顕色系

 色を表現する方式を表色系といいます。大別すると混色系と顕色系があります。

 混色系は物理的な光に近い色の表現形式で、 RGBCMY などが主に用いられます。混色系は数学的な扱いに適しています。例えば、行列掛け算だけで変換可能な混色系は多数あります。

 顕色系は、人間の知覚に近い色表現です。コンピュータ上の処理よりも洋服や部屋の内装を考えるなど、物理的な物体のカラーコーディネートに適しています。

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加法混色と

 減法混色

 色を重ね合わせて別の色を作ることを混色といいます。RGBのように、混ぜるほど明るくなる混色を加法混色といいます。例えば、白いスクリーンに色つきのスポットライトを当てるような感覚です。反対に混ぜるほど暗くなっていく混色を減法混色といいます。

 赤い光と青い光を混ぜ合わせれば紫になりますし、赤い光と緑の光を混ぜれば黄色になります。人間の目は、赤、緑、青(R,G,B)の3色に反応するように出来ているますから、この3色を原色とする色空間は人間の目の構造に沿った色空間といえます。このレッド、グリーン、ブルーの要素からなる表色系をRGB表色系と呼びます。これは代表的な加法混色です。

 赤緑青の捕色からなる表色系に、シアン、マゼンダ、イエローの要素からなる表色系をCMY表色系と呼びます。これは代表的な減法混色です。

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RGB

 RGB色空間は、加法混色の代表です。下に図示してみました。液晶ディスプレイ、ブラウン管を問わずカラーの発光と深いかかわりがあります。図をみると、中心部が白くなっています。これは、R,G,Bの3色が混ざった部分です。混ぜ合わせるほど明るくなります。混ぜ合わせの仕組みは以下の様になります。

紫=R+B ,水色=B+G ,黄色=R+G ,白=R+G+B

     図1 RGB混色の様子

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CMY

 CMY色空間は、減法混色の代表です。下に図示してみました。中心部が黒くなっています。混ぜ合わせるほど暗くなります。黒い部分は、CMY三色が重なった部分です。CMYはディスプレイのような光を扱う場合よりも、印刷に用いられるようです。三色の混ぜ合わせで黒を表現しようとすると仕上がりがきれいな黒にならないこととインクがもったいないこともあり、実際の印刷には、CMYに黒を補って CMYK と呼ぶ表現を用います。

CMYは、RGBの補色になっています。CはRの補色、MはGの補色、YはBの補色です。

つまり、C,M,Y はそれぞれ R,G,B 単色をそれぞれ吸収するインクと考えてください。Cは白色光からRを吸収してGとBを反射するインクです。だから水色に見えます。 同様に Mは白色光から Gを吸収して RとB を反射し、紫に見えます。CとMを混ぜると、RとGを吸収するのでBを反射し、青く見えます。

青=C+M ,赤=M+Y ,緑=C+Y ,黒=C+M+Y

     図2 CMY混色の様子

 RGB表色系との変換公式は、以下の様になります。

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YIQ

 NTSC(National Television Standard Committee) が用いている表色系です。Y (輝度) I(オレンジ-シアン) Q(緑-マゼンダ) の三要素からなります。カラーテレビのブラウン管はRGBで画像を発色しますが、テレビ放送電波は画像をこの YIQ表色系 で送信しています。

 この色空間は、人間の視覚特性に近い特徴をもっています。人間の目はY(輝度)の刺激に特に敏感であるため、Yの情報を特に広い帯域で送信します。反対に人間の視覚特性は色に鈍感であるため、IとQ を間引いて狭い帯域で送信することで帯域を有効に利用できます。

 カラーテレビが採用する色表現を選択するにあたっては、「カラー以前の旧式モノクロ受像機でカラー電波を受信でき、再生できなくてはならない」という条件をクリアする必要がありました。従って、色空間の要素のうち一個は輝度情報である必要がありました。Y I QのYは輝度そのものですから、モノクロ用の送信情報と一致していたため、都合が良かったのです。 色情報である、I と Q は Y に重ね合わせることで送信されることになりました。カラー情報を輝度にどのように混ぜ合わせるのでしょうか。それは以下の様に行われます。

 テレビ画像は、細い水平走査線を縦に並べた構造を持っています。この Y の偶数番目水平走査線(Yo)にカラー信号を足し、Yの奇数番目水平走査線(Ye)からカラー信号を引きます。具体的には、

 Ye=Y-C , Yo=Y+C

 受信後にYとCを分離する場合は、反対にします。

 Y=(Ye+Yo)/2 , C=(Yo-Ye)/2

 モノクロ受信機には、隣り合う水平走査線上に交互に逆の凹凸が含まれますが、見た目にはほとんどわかりません。隣あう2本の水平走査線の輝度や色差はほとんど等しいという仮定を最大限に利用しています。しかしながら、急激に輝度が変化する場合は誤差が大きくなります。カラーテレビに白黒の細い縦ストライプの服を着た人が映るとちらちら赤や緑の干渉縞が見えますが、あれはこのYC分離時の誤差です。

 RGB表色系との変換公式は、以下の様になります。

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YUV

 (Y Cb Cr)

 YUV は YIQ とほぼ同じです。Yの値は同一で、U,V の座標軸が I,Q と少し異なるだけです。 最近のHPで恐らく最も良く利用される、JPEG 等の静止画コンテンツは内部情報ではこの YUV を利用しています。 また、デジタル動画像のフォーマット MPEG も内部情報では YUV 表色系を用いています。 人間の視覚特性に鋭敏な要素とそうでない要素が分離しているので、情報圧縮に非常に適しています。

 RGB表色系との変換公式は、以下の様になります。

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